本實(shí)用新型涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器。

背景技術(shù)：

半橋變換器根據(jù)控制策略的不同可實(shí)現(xiàn)逆變的功能或者整流的功能，即可做半橋逆變器，也可做半橋整流器。現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的逆變橋臂直接與直流電壓源并聯(lián)，當(dāng)逆變橋臂的上、下開關(guān)管因誤觸發(fā)而直通時(shí)，會(huì)流過(guò)非常大的電流而使開關(guān)管損毀。而且，這類半橋逆變器輸出交流電壓的幅值只有輸入電壓的一半，屬于降壓型逆變器，輸出電壓的范圍比較窄。為了提高輸出交流電壓的幅值，傳統(tǒng)的做法是在逆變器前級(jí)加入升壓環(huán)節(jié)，或在輸出端接變壓器進(jìn)行升壓。在逆變器前級(jí)加入升壓環(huán)節(jié)的方案中至少需要多用一個(gè)開關(guān)管，這增加了功率傳遞中的開關(guān)損耗，也增加了控制的復(fù)雜性。在逆變器輸出端接變壓器雖然可以提高輸出電壓的幅值，但是當(dāng)變壓器匝比固定時(shí)，輸出交流電壓的幅值是一定值。

目前Z源半橋變換器(如圖1)已經(jīng)可以解決上述問(wèn)題。然而，隨著新能源技術(shù)的市場(chǎng)需求，多電路輸出的電路己經(jīng)變得日益迫切。因此，當(dāng)需要2路輸出的時(shí)候，就需要2個(gè)Z源半橋變換器，而2個(gè)Z源半橋變換器需要2個(gè)電源，4個(gè)儲(chǔ)能電容以及4個(gè)開關(guān)管。一方面，使用的器件多，造成成本以及控制難度的提高，另一方面，很多應(yīng)用場(chǎng)合是不允許用兩個(gè)電源的。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的雙輸出Z源變換器是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，當(dāng)有2路輸出時(shí)，僅需要一個(gè)電源以及3個(gè)開關(guān)管，減少了很多器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本以及控制難度，效率高。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，該變換器包括一個(gè)電源、一個(gè)二極管、Z源阻抗、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及第三開關(guān)管，其中，所述Z源阻抗包括第一電容、第二電容、第一電感以及第二電感；

所述電源的正極與所述二極管的陽(yáng)極連接，所述二極管的陰極分別與所述第一電感的第一端和所述第一電容的第一端連接，所述電源的負(fù)極分別與所述第二電感的第一端以及所述第二電容的第一端連接，所述第一開關(guān)管的漏極分別與所述第一電感的第二端以及所述第二電容的第二端連接，所述第一開關(guān)管的源極與所述第二開關(guān)管的漏極連接，所述第二開關(guān)管的源極與所述第三開關(guān)管的漏極連接，所述第三開關(guān)管的源極分別與所述第一電容的第二端以及所述第二電感的第二端連接；所述第一電感的第一端以及所述第一開關(guān)管的源極分別接在第一負(fù)載的兩端，所述第二電感的第一端以及所述第三開關(guān)管的漏極分別接在第二負(fù)載的兩端。

優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及第三開關(guān)管均為NMOS。

優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及第三開關(guān)管均為N型三極管。

優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及第三開關(guān)管均為IGBT。

本實(shí)用新型提供了一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，該變換器包括一個(gè)電源、一個(gè)二極管、Z源阻抗、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及第三開關(guān)管，其中，Z源阻抗包括第一電容、第二電容、第一電感以及第二電感；電源的正極與二極管的陽(yáng)極連接，二極管的陰極分別與第一電感的第一端和第一電容的第一端連接，電源的負(fù)極分別與第二電感的第一端以及第二電容的第一端連接，第一開關(guān)管的漏極分別與第一電感的第二端以及第二電容的第二端連接，第一開關(guān)管的源極與第二開關(guān)管的漏極連接，第二開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極連接，第三開關(guān)管的源極分別與第一電容的第二端以及第二電感的第二端連接；第一電感的第一端以及第一開關(guān)管的源極分別接在第一負(fù)載的兩端，第二電感的第一端以及第三開關(guān)管的漏極分別接在第二負(fù)載的兩端。

可見，本實(shí)用新型提供的對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，當(dāng)有2路輸出時(shí)，僅需要一個(gè)電源以及3個(gè)開關(guān)管，減少了很多器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本以及控制難度，效率高。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種Z源變換器的電路原理圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器的電路原理圖；

圖3為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式1的電路原理圖；

圖4為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式2的電路原理圖；

圖5為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式3的電路原理圖；

圖6為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式4的電路原理圖；

圖7為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式5的電路原理圖；

圖8為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式6的電路原理圖；

圖9為本實(shí)用新型提供的雙輸出Z源半橋變換器對(duì)應(yīng)的波形圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的核心是提供一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，當(dāng)有2路輸出時(shí)，僅需要一個(gè)電源以及3個(gè)開關(guān)管，減少了很多器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本以及控制難度，效率高。

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為本實(shí)用新型提供的一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器的電路原理圖。

該變換器包括一個(gè)電源V_d、一個(gè)二極管D、Z源阻抗、第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂以及第三開關(guān)管S₃，其中，Z源阻抗包括第一電容C₁、第二電容C₂、第一電感L₁以及第二電感L₂；

電源V_d的正極與二極管D的陽(yáng)極連接，二極管D的陰極分別與第一電感L₁的第一端和第一電容C₁的第一端連接，電源V_d的負(fù)極分別與第二電感L₂的第一端以及第二電容C₂的第一端連接，第一開關(guān)管S₁的漏極分別與第一電感L₁的第二端以及第二電容C₂的第二端連接，第一開關(guān)管S₁的源極與第二開關(guān)管S₂的漏極連接，第二開關(guān)管S₂的源極與第三開關(guān)管S₃的漏極連接，第三開關(guān)管S₃的源極分別與第一電容C₁的第二端以及第二電感L₂的第二端連接；第一電感L₁的第一端以及第一開關(guān)管S₁的源極分別接在第一負(fù)載的兩端，第二電感L₂的第一端以及第三開關(guān)管S₃的漏極分別接在第二負(fù)載的兩端。

作為優(yōu)選地，第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂以及第三開關(guān)管S₃均為NMOS。

作為優(yōu)選地，第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂以及第三開關(guān)管S₃均為N型三極管。

作為優(yōu)選地，第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂以及第三開關(guān)管S₃均為IGBT。

當(dāng)然，這里的第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂以及第三開關(guān)管S₃具體選用哪種電力電子器件，本實(shí)用新型在此不做特別的限定，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。

下面對(duì)本實(shí)用新型提供的一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器的工作原理作介紹：

具體地，請(qǐng)參照?qǐng)D3-圖9，其中，圖3為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式1的電路原理圖，圖4為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式2的電路原理圖，圖5為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式3的電路原理圖，圖6為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式4的電路原理圖，圖7為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式5的電路原理圖，圖8為本實(shí)用新型提供的圖2在工作模式6的電路原理圖，圖9為本實(shí)用新型提供的雙輸出Z源半橋變換器對(duì)應(yīng)的波形圖。

其中，每個(gè)開關(guān)管依次滯后D₁T時(shí)間段后開通，導(dǎo)通時(shí)間為D₂T，T為開關(guān)管開關(guān)周期。以順時(shí)鐘方向?yàn)殡妷旱恼齾⒖挤较颉?/p>

工作模態(tài)1：

如圖9時(shí)間段[t₀-t₁]所示，三個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通，二極管關(guān)斷，此時(shí)的等效電路圖如圖3所示。此時(shí)第一電容C₁為第一電感L₁充電，電感L₁電流直線上升，第一負(fù)載R₁被第二開關(guān)管S₂和第三開關(guān)管S₃導(dǎo)通而短路，輸出電壓V_o1為0。同時(shí)，第二電容C₂分別為第二電感L₂與第二負(fù)載R₂傳輸能量，電感L₂電流直線上升。電感L₁電壓為：V_L1＝V_C1＝V_L2＝V_C2，輸出電壓v_o1＝0，v_o2＝V_C2＝V_L2。此階段時(shí)間為(D₁+D₂-1)T。

工作模態(tài)2：

如圖9時(shí)間段[t₁-t₂]所示，第二開關(guān)管S₂關(guān)斷，其余兩個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路圖如圖4所示。電源V_d通過(guò)二極管D給電容C₁、C₂、L₁和L₂充電，同時(shí)電容C₁與電感L₁一起給R₁提供能量，L₁電感電流下降。電感L₂與第二負(fù)載R₂并聯(lián)，給R₂傳輸能量，電感L₂電流下降。電感L₁電壓為：V_L1＝V_d-V_C2，輸出電壓v_o1＝V_C1-V_L1，v_o2＝V_L2。此階段時(shí)間為(1-D2)T。

工作模態(tài)3：

如圖9時(shí)間段[t₂-t₃]所示，三個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通，二極管關(guān)斷，此時(shí)的等效電路圖如圖5所示。此階段的原理和工作模態(tài)1相同。此階段時(shí)間為(D1+D2-1)T。

工作模態(tài)4：

如圖9時(shí)間段[t₃-t₄]所示，第三開關(guān)管S₃關(guān)斷，其余兩個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路圖如圖6所示。電源V_d通過(guò)二極管D給電容C₁、C₂、L₁和L₂充電，同時(shí)電容C₁與電感L₁一起給R₁提供能量，電感電流下降。電容C₂與第二負(fù)載R₂并聯(lián)，給R₂傳輸能量。電感L₁電壓為：V_L1＝V_d-V_C2，輸出電壓v_o1＝V_C1-V_L1，v_o2＝V_C2。此階段時(shí)間為(1-D2)T。

工作模態(tài)5：

如圖9時(shí)間段[t₄-t₅]所示，三個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通，二極管關(guān)斷，此時(shí)的等效電路圖如圖7所示。此階段的原理和工作模態(tài)1相同。此階段時(shí)間為(D1+D2-1)T。

工作模態(tài)6：

如圖9時(shí)間段[t₅-t₆]所示，第一開關(guān)管S₁關(guān)斷，其余兩個(gè)開關(guān)管都導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路圖如圖8所示。R₁被第二開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通而成短路，輸出電壓V_o1為0。電源V_d通過(guò)二極管D給電容C₁、C₂、L₁和L₂充電。電感L₂與第二負(fù)載R₂并聯(lián)，給R₂傳輸能量，電感L₂電流下降。電感L₁電壓為：V_L1＝V_d-V_C2，輸出電壓v_o1＝0，v_o2＝V_L2。此階段時(shí)間為(1-D2)T。

綜上所描述，根據(jù)電感的在一個(gè)開關(guān)周期中,根據(jù)電感L₁的伏-秒數(shù)守恒，得即由此得

由此可得到也由此得到輸出表達(dá)式為

本實(shí)用新型提供了一種對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，該變換器包括一個(gè)電源、一個(gè)二極管、Z源阻抗、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及第三開關(guān)管，其中，Z源阻抗包括第一電容、第二電容、第一電感以及第二電感；電源的正極與二極管的陽(yáng)極連接，二極管的陰極分別與第一電感的第一端和第一電容的第一端連接，電源的負(fù)極分別與第二電感的第一端以及第二電容的第一端連接，第一開關(guān)管的漏極分別與第一電感的第二端以及第二電容的第二端連接，第一開關(guān)管的源極與第二開關(guān)管的漏極連接，第二開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極連接，第三開關(guān)管的源極分別與第一電容的第二端以及第二電感的第二端連接；第一電感的第一端以及第一開關(guān)管的源極分別接在第一負(fù)載的兩端，第二電感的第一端以及第三開關(guān)管的漏極分別接在第二負(fù)載的兩端。

可見，本實(shí)用新型提供的對(duì)稱型雙輸出Z源變換器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，當(dāng)有2路輸出時(shí)，僅需要一個(gè)電源以及3個(gè)開關(guān)管，減少了很多器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本以及控制難度，效率高。

需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。